第基于PLC的數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著社會(huì)科技的發(fā)展，機(jī)電一體化的概念被我們廣泛接受和普遍應(yīng)用?，F(xiàn)在很多行業(yè)都從人工生產(chǎn)逐漸慢慢轉(zhuǎn)化成自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)，零件加工也不例外?，F(xiàn)在很多零件加工企業(yè)，大部分都是利用數(shù)控加工在對(duì)自己所需要的零件進(jìn)行加工。對(duì)于企業(yè)來說，一臺(tái)數(shù)控加工中心的質(zhì)量直接影響了加工零件的質(zhì)量以及某些加工企業(yè)生產(chǎn)加工的效率?，F(xiàn)在的企業(yè)對(duì)數(shù)控加工中心的要求更加苛刻，都希望數(shù)控加工中心對(duì)零件的加工藥準(zhǔn)確、快速、智能。根據(jù)本課題參觀了一些關(guān)于數(shù)控加工的自動(dòng)化設(shè)備，學(xué)習(xí)到一些控制思路。然后根據(jù)企業(yè)的基本需求，大致確立了控制系統(tǒng)的方向和思路，重點(diǎn)研究數(shù)控加工中心的加工路徑以及總程序的編寫。根據(jù)數(shù)控加工中心的工藝要求和人們需要，選定PLC作為主控單元，利用PLC控制器可以執(zhí)行一些邏輯控制、順序、定時(shí)功能、計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算等的操作指令，通過PLC自己內(nèi)置的數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來對(duì)系統(tǒng)中所用到的電氣元件經(jīng)行監(jiān)控以及數(shù)控加工中心所用到設(shè)備進(jìn)行控制。關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)電一體化；自動(dòng)化設(shè)備；零件加工；目錄第一章引言 11.1數(shù)控加工中心的概括 11.2國內(nèi)外數(shù)控加工中心的發(fā)展與應(yīng)用情況 11.2.1國外數(shù)控加工中心的發(fā)展與現(xiàn)狀 11.2.2國內(nèi)數(shù)控加工中心的發(fā)展與現(xiàn)狀 31.3本文所研究的內(nèi)容 51.4PLC的定義及簡(jiǎn)述 61.5PLC的基本組成結(jié)構(gòu) 7第二章數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 92.1數(shù)控加工中心的組成結(jié)構(gòu) 92.2數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)的硬件選擇 102.3數(shù)控加工中心硬件型號(hào)的選擇 112.3.1步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的選擇 112.3.2伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的選擇 122.3.3光電開關(guān)的選擇 132.3.4PLC的選擇 132.3.5人機(jī)交互設(shè)備的選擇 152.3.6定位氣缸的選擇 162.3.7指示燈的選擇 16第三章數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 183.1編程軟件的介紹 183.2控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 183.3數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)程序的組態(tài)與編寫 20第四章數(shù)控加工中心控制、監(jiān)視、報(bào)警界面的設(shè)計(jì) 294.1觸摸屏的選擇和所用軟件的介紹 294.2數(shù)控加工中心的控制、監(jiān)視、報(bào)警界面所要實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì) 294.3數(shù)控加工中心的控制、監(jiān)視、報(bào)警界面的設(shè)計(jì) 29結(jié)論 32參考文獻(xiàn) 35附錄 36第一章引言1.1數(shù)控加工中心的概括數(shù)控加工中心是一種可以自帶有刀具庫并且可以根據(jù)相關(guān)的工藝要求的需要，然后自動(dòng)更換刀具的零件加工裝置，此設(shè)備可以在所規(guī)定的范圍內(nèi)可以對(duì)所需要加工工件進(jìn)行多種多類型的可以加工操作的數(shù)控機(jī)床。而且又可以在數(shù)控加工中心設(shè)備上可以加工零件都有很多特點(diǎn)，比如：被已經(jīng)加工過的零件通過第一次安裝加緊之后，數(shù)控加工中心設(shè)備的控制系統(tǒng)可以利用數(shù)控機(jī)床按照不同類型的加工序，先根據(jù)系統(tǒng)判斷進(jìn)行自動(dòng)選擇和更換合適的刀具；然后由控制系統(tǒng)根據(jù)工藝要求來改變數(shù)控機(jī)床的主軸進(jìn)給電機(jī)的轉(zhuǎn)速、X軸進(jìn)給電機(jī)的進(jìn)給量、在相應(yīng)的工件表面上的刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，以其它的輔助加工功能，數(shù)控加工機(jī)床可以自動(dòng)對(duì)加工工件的各個(gè)加工平面進(jìn)行鉆孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等一系列的加工工序。因?yàn)閿?shù)控加工中心設(shè)備可以自動(dòng)地，快速地完成加工零件地多種類型的數(shù)控機(jī)床加工工序，盡量避免了由于人為操作而產(chǎn)生的操作誤差等，很有效的減少了零件地裝夾、測(cè)量、數(shù)控機(jī)床地調(diào)整時(shí)間、所需工件加工周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和加工工件的存放時(shí)間等等，提高了現(xiàn)有的數(shù)控加工中心機(jī)床地效率和加工精度。1.2國內(nèi)外數(shù)控加工中心的發(fā)展與應(yīng)用情況1.2.1國外數(shù)控加工中心的發(fā)展與現(xiàn)狀科技與發(fā)展也是國家實(shí)力的一部分，現(xiàn)在制造業(yè)也不例外，現(xiàn)在的數(shù)控加工技術(shù)是可以反應(yīng)出國家地制造業(yè)水平以及現(xiàn)代化程度高低的核心標(biāo)志。當(dāng)今，數(shù)控加工機(jī)床和生產(chǎn)過程是數(shù)控化是現(xiàn)在制造業(yè)的發(fā)展方向，其實(shí)機(jī)械制造競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)質(zhì)就是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。在國外，很多國家對(duì)數(shù)控技術(shù)以及機(jī)床的的研發(fā),往往面向數(shù)控平臺(tái)數(shù)字化、運(yùn)行速度快、加工精度高、功能復(fù)合化、控制智能化、伺服步進(jìn)驅(qū)動(dòng)高精度控制等。根據(jù)當(dāng)今國外數(shù)控加工機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀指出，在美、德、日三個(gè)國家是當(dāng)今世界上，在數(shù)控技術(shù)機(jī)床的科研、方案設(shè)計(jì)、制作、軟件應(yīng)用等,其技術(shù)最先進(jìn)以及經(jīng)驗(yàn)最多的國家。從以上所提到的國家的數(shù)控機(jī)床發(fā)展形勢(shì)來分析。首先美國作為當(dāng)今數(shù)控機(jī)床的發(fā)明大國，他們?cè)跀?shù)控機(jī)床的方案設(shè)計(jì)、機(jī)床制造和機(jī)床控制系統(tǒng)等方面都具有很強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，雖然在數(shù)控機(jī)床技術(shù)仍屬于世界頂流，但是在他們的產(chǎn)量上還是為居世界第三，美國也是當(dāng)今全世界數(shù)控機(jī)床主要進(jìn)口國之一。畢竟美國政府指導(dǎo)機(jī)床工業(yè)也是國家實(shí)力的一部分，所以非常看重機(jī)床工業(yè)，而且美國國防部部門在重工業(yè)上不斷提出數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)和科研任務(wù)。以及免費(fèi)供給數(shù)控機(jī)床研制所需要的經(jīng)費(fèi)，且在世界上廣泛招攬優(yōu)秀人才，特別重視現(xiàn)在的數(shù)控技術(shù)的效率以及創(chuàng)新，而且政府非常非常重視數(shù)控機(jī)床的科研技術(shù)。在美國，非常廣為人知的就是最著名的數(shù)控機(jī)床制造商的哈斯自動(dòng)化有限技術(shù)公司，這個(gè)公司非常厲害，是全世界的最大的數(shù)控機(jī)床制造商之一。最主要的哈斯自動(dòng)化廠商在北美洲的數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)占有率就大約擁有40%，而且大多機(jī)床機(jī)床數(shù)控機(jī)床幾乎在美國加州的長進(jìn)行生產(chǎn)，哈斯自動(dòng)化廠商擁有將近百多個(gè)型號(hào)的CNC立式型和臥式型數(shù)控加工中心、CNC型車床、轉(zhuǎn)臺(tái)以及分度器等。哈斯自動(dòng)化公司盡己所能的去打造非常高精確度、好重復(fù)性、而且產(chǎn)品特別耐用的、最主要價(jià)格合理親名的機(jī)床產(chǎn)品，這是它的發(fā)展方向。在德國數(shù)控技術(shù)機(jī)床方面，根據(jù)它傳統(tǒng)制造技術(shù)和先進(jìn)工藝，開始不斷使用先進(jìn)的電子信息技術(shù)，將其融入數(shù)控機(jī)床，而且是在加強(qiáng)科研技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷自行開發(fā)新的數(shù)控加工機(jī)床。德國在數(shù)控機(jī)床的主要配件，機(jī)械、電氣、液動(dòng)、氣動(dòng)、光源、刀具、測(cè)量、系統(tǒng)等的各種功能，對(duì)于相應(yīng)部件都在質(zhì)量、性能上都很高深，而且位居于全球前列。其中最具有代表性的公司及廠商，就是德國瓦德里希?科堡的公司，因?yàn)樗闹饕a(chǎn)品就是大型龍門加工中心，他功能強(qiáng)大，當(dāng)今國內(nèi)北一機(jī)床就是采用德國瓦德里希?科堡廠商的技術(shù)。日本在1958年的時(shí)候，研制出第一臺(tái)屬于自己的數(shù)控加工機(jī)床，政府通過一系列的規(guī)劃法規(guī)和制訂政策，以及提供足夠免費(fèi)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，來激勵(lì)專做數(shù)控機(jī)床的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)。在數(shù)控加工中機(jī)床的主要配套部件方面，日本主動(dòng)向德國學(xué)習(xí)主要配件的技術(shù);而且在數(shù)控技術(shù)以及數(shù)控加工控制系統(tǒng)的開發(fā)研究等方面上，主動(dòng)向美國學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)技術(shù)，而且大大改進(jìn)并發(fā)展了兩國的成果，并且取得非常大成效。日本的數(shù)控機(jī)床也應(yīng)此為日本以后精密制造而聞名全球，從1978年到現(xiàn)在，日本數(shù)控機(jī)床的年產(chǎn)出量以及出口量都穩(wěn)居世界首位。1.2.2國內(nèi)數(shù)控加工中心的發(fā)展與現(xiàn)狀我國的大部分?jǐn)?shù)控技術(shù)研發(fā)企業(yè)也是最晚起步的，在1958年的時(shí)候，才開始進(jìn)行對(duì)數(shù)控技術(shù)系統(tǒng)的學(xué)術(shù)研究，通過這幾十年相關(guān)學(xué)術(shù)家的研究和發(fā)展，已經(jīng)逐漸慢慢形成有一定技術(shù)水準(zhǔn)和生產(chǎn)規(guī)模的工業(yè)體系雛形，而且并建立了一些國內(nèi)數(shù)控加工控制系統(tǒng)的工業(yè)基地，比如：華中數(shù)控廠家、航天數(shù)控廠商、廣州數(shù)控公司和沈陽數(shù)控廠家等等。雖然拿國內(nèi)數(shù)控加工控制系統(tǒng)與國外的一些已經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)相比，他們?cè)跀?shù)控機(jī)床的功能、性能和可靠性等等方面仍存在很大技術(shù)差距，但是在近年看來，我們國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)在多軸聯(lián)動(dòng)控制、機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化、機(jī)床智能化、機(jī)床功能復(fù)合化、開放性等等領(lǐng)域獲得了很不錯(cuò)成就。而且多軸聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)實(shí)質(zhì)就是數(shù)控系統(tǒng)的核心，而且這也是限制國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的很一大問題。近年來，國家利用政策和福利等來鼓勵(lì)支持，以及相關(guān)技術(shù)人員的各種方面不懈努力下，國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)得到了非?？焖侔l(fā)展，而且在國內(nèi)的市場(chǎng)上已經(jīng)慢慢做出了較成熟地?cái)?shù)控機(jī)床產(chǎn)品，比如：在2013年的時(shí)候，武漢重型機(jī)床集團(tuán)利用華中數(shù)控技術(shù)成功研制CKX5680七軸五聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合的加工機(jī)床。主要這套數(shù)控加工系統(tǒng)可以用于現(xiàn)在高端艦船推進(jìn)器的核心部件的加工。而且北京精雕數(shù)控廠商也不甘落后，也發(fā)表并推出JD50數(shù)控系統(tǒng)，這是一款非常高精度，而且可以對(duì)工件進(jìn)行多軸聯(lián)動(dòng)加工的新型的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，而且現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了可以多軸加工微米級(jí)的精度產(chǎn)品水平，在現(xiàn)代仍然可以對(duì)航空高精密零部件進(jìn)行加工。如今，在國際上，大部分的主流數(shù)控系統(tǒng)公司已經(jīng)慢慢推出了集成CAD/CAM技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)。而且將數(shù)控控制系統(tǒng)與CAD/CAM技術(shù)的結(jié)合在一起，非常有效地提高了數(shù)控機(jī)床的加工效率以及機(jī)床的可靠性，這些成就使CAD/CAM技術(shù)在數(shù)控加工技術(shù)產(chǎn)業(yè)的地位更加重要穩(wěn)固?，F(xiàn)在，國內(nèi)也已經(jīng)慢慢開始在CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行很多的探索和嘗試，北京精雕公司利用CAD/CAM技術(shù)推出JD50數(shù)控系統(tǒng)，總得來說，就是將CAD/CAM技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、測(cè)量技術(shù)等各種技術(shù)集成在一體，從而推出了一個(gè)功能非常完善的數(shù)控系統(tǒng)，所以JD50數(shù)控系統(tǒng)因此具有測(cè)量自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)墓δ?。而且這種功能是主要以數(shù)控機(jī)床為載體，用其他所需相應(yīng)的測(cè)量工具為輔，可以使機(jī)床在零件加工過程中對(duì)零件進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量監(jiān)控，然后數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)控測(cè)量結(jié)果來具體搭建工件實(shí)際加工輪廓，將實(shí)際加工輪廓與理論的輪廓之間的偏差值，系統(tǒng)自己計(jì)算補(bǔ)償?shù)郊庸ぢ窂?。這項(xiàng)功能非常有效地緩解了零件在機(jī)床加工過程中可能會(huì)因?yàn)橐韵乱蛩貜亩斐珊罄m(xù)加工質(zhì)量的不穩(wěn)定，比如物料變形、裝夾變形、裝夾偏位等。在現(xiàn)代社會(huì)，如今的計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能發(fā)展速度已經(jīng)相當(dāng)之塊了，國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平也在不斷提高。沈陽數(shù)控在2012年的時(shí)候，利用現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搭建了一種具有網(wǎng)絡(luò)智能功能的“I5”數(shù)控系統(tǒng)。這個(gè)數(shù)控系統(tǒng)能讓用戶可以通過手機(jī)或電腦這些可以聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備對(duì)“I5”智能數(shù)控機(jī)床下達(dá)各項(xiàng)類型指令，這項(xiàng)功能使零件加工生產(chǎn)效率在原來的基礎(chǔ)上提升了20%，這次真正的實(shí)現(xiàn)了“指尖上的工廠”。“I5”數(shù)控系統(tǒng)為了以后可以擴(kuò)張功能，在數(shù)控機(jī)床提供了很多網(wǎng)絡(luò)接口，使數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以在移動(dòng)設(shè)備或者在遠(yuǎn)程端實(shí)現(xiàn)與工廠的雙向交互，給使用的用戶帶來了不同層次的應(yīng)用。在2014年的時(shí)候，中國數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)上，華中數(shù)控廠商將新一代的云數(shù)控系統(tǒng)做為本次主題，將現(xiàn)現(xiàn)在迅速發(fā)展的工業(yè)機(jī)器人投入到的新一代云數(shù)控加工系統(tǒng)，以及面對(duì)各種不同行業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)的解決方案。讓這新一代云數(shù)控系統(tǒng)在原華中8型高端數(shù)控系統(tǒng)上，將網(wǎng)絡(luò)化、信息化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與華中8型高端數(shù)控系統(tǒng)互相結(jié)合，提供了一種新型面向用戶地云管家、云維護(hù)、云智能等3大服務(wù)功能，讓這新一代云數(shù)控系統(tǒng)從生產(chǎn)、維護(hù)、保養(yǎng)、改造、優(yōu)化等可操作以進(jìn)行全周期管理，打造了一個(gè)面向制造企業(yè)、機(jī)床工廠、數(shù)控工廠等的綜合的數(shù)字化服務(wù)平臺(tái)。而且目前國內(nèi)市場(chǎng)上還是有很多很多傳統(tǒng)封閉式數(shù)控系統(tǒng)在一些零件加工廠商運(yùn)用。隨著社會(huì)的發(fā)展，開放式數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)成了如今的發(fā)展趨勢(shì)。國內(nèi)北京精雕數(shù)控廠商的JD50數(shù)控系統(tǒng)就是采用開放式體系，支持各種類型的PLC和觸摸屏，以及可以進(jìn)行外部調(diào)用功能等系統(tǒng)擴(kuò)展功能。而且PLC本身自帶就提供多種不同類型的總線接口，可靈活多變地對(duì)各類外部電氣設(shè)備進(jìn)行連接，為現(xiàn)在國內(nèi)很多大型零件加工公司的自動(dòng)化建設(shè)提供了強(qiáng)大的軟、硬件的支持。此外JD50數(shù)控系統(tǒng)不僅僅支持來自半導(dǎo)體設(shè)備通訊接口SECS，另外還支持多類型的協(xié)議，比如：HSMS、SECS-Ⅱ和GEM。數(shù)控系統(tǒng)因此可以快速與高度自動(dòng)化的半導(dǎo)體制造廠的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)互通交互數(shù)據(jù)。在當(dāng)今國家“863”計(jì)劃的鼓勵(lì)幫助下，現(xiàn)在國內(nèi)很多有相關(guān)專業(yè)的大學(xué)和數(shù)控機(jī)床的企業(yè)開展了一系列的對(duì)數(shù)控基礎(chǔ)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和故障診斷的方案的研究。比如：西北工業(yè)大學(xué)跟企業(yè)合作，共同研究搭建了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，建立了一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷的數(shù)控系統(tǒng)，為國內(nèi)數(shù)控機(jī)床公司打造了一個(gè)較為全面遠(yuǎn)程售后服務(wù)平臺(tái)，提高了數(shù)控機(jī)床廠商的售后的維修和服務(wù)的質(zhì)量。廣州數(shù)控廠商提出一套數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化的解決方案，可以在針對(duì)數(shù)控機(jī)床的零件加工時(shí)，進(jìn)行相關(guān)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程診斷，現(xiàn)在已完全實(shí)現(xiàn)了基于TCP/IP協(xié)議的遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)功能，降低了數(shù)控廠商售后維修服務(wù)成本。1.3本文所研究的內(nèi)容隨著現(xiàn)在社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使國內(nèi)的制造業(yè)不斷地追求高、尖、精等方面，對(duì)數(shù)控加工中心的提出要求也越來越高。零件的加工質(zhì)量的高低直接影響了數(shù)控加工中心系統(tǒng)的功能。這就要求數(shù)控加工中心系統(tǒng)具有更準(zhǔn)確、高效、穩(wěn)定的工作能力，但是數(shù)控加工中心的機(jī)床設(shè)備費(fèi)用昂貴。這次主要使用價(jià)格相對(duì)便宜的PLC，為一種專為自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器。它的功能使非常強(qiáng)大的，比如它的強(qiáng)大靈活的的運(yùn)算功能，可以對(duì)大部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算；它的精準(zhǔn)的控制功能，可以對(duì)各種的電氣設(shè)備準(zhǔn)確控制；多種方式的通訊功能，是他的能力范圍又?jǐn)U大了；多種形式的編程方式，可以進(jìn)行多種方式的編程；最主要就是它的診斷功能和處理速度；讓PLC成為了數(shù)控加工中心系統(tǒng)的主要控制器最佳之選。本文主要設(shè)計(jì)一種將零件加工成所需要的三角形的數(shù)控控制系統(tǒng)，使用PLC設(shè)計(jì)數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)，通過編程指令對(duì)伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)零件加工成所需要的三角形的過程。在零件加工的過程中，系統(tǒng)控制流程要求如下：一開始將任意三邊長度輸入觸摸屏，系統(tǒng)以a>b>c的順序分配三邊邊長，然后對(duì)輸入的三邊的長度能否構(gòu)成三角形來進(jìn)行判定，如果可以構(gòu)成，則符合指示燈亮，才可以按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕并開始對(duì)三角形進(jìn)行加工。加工時(shí)，主軸電機(jī)下降到位時(shí)，才開始進(jìn)行加工，先將刀具運(yùn)行至加工點(diǎn)（10,10）處，然后按a、b、c邊的順序進(jìn)行加工，如圖1.1所示，所需要的三角形加工完成后回到坐標(biāo)原點(diǎn)（0,0）。至此一個(gè)所需三角形加工的流程完成。圖1.1所需加工三角形示意圖1.4PLC的定義及簡(jiǎn)述PLC的全稱Programmable

Logic

Controller，可編程序控制器本來就是人類對(duì)待在現(xiàn)代工業(yè)控制下，而特意研發(fā)設(shè)計(jì)的。它有著可以數(shù)字運(yùn)算操作的能力，因?yàn)樗捎每删幊绦虼鎯?chǔ)器，所有PLC利用內(nèi)部的存儲(chǔ)器來工業(yè)控制操作，比如：可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算；對(duì)設(shè)備進(jìn)行順序控制；有著定時(shí)、計(jì)數(shù)功能；還有算術(shù)運(yùn)算等等，而且PLC使用的還是數(shù)字式和模擬式的輸人/輸出模塊，所有可以控制在生產(chǎn)過程中不同類型的機(jī)器和電氣設(shè)備。正是因?yàn)镻LC可以控制電氣和機(jī)器設(shè)備，所有它可以輕易地跟一些工業(yè)控制系統(tǒng)結(jié)合，并組成一個(gè)型整體控制系統(tǒng)，而且還要堅(jiān)持原來的有剩余空間來擴(kuò)充別的輔助功能地原則設(shè)計(jì)。1.5PLC的基本組成結(jié)構(gòu)隨著當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展，可編程邏輯控制器種類也是變得越來越多，雖然PLC的種類越來越多，但是很多大部分的基本結(jié)構(gòu)和工作原理基本上大致都是相同的?？删幊踢壿嬁刂破鞯闹饕δ芙Y(jié)構(gòu)主要有CPU（即中央處理器）、存儲(chǔ)器（即只讀和可讀寫的存儲(chǔ)器）、輸入模塊/輸出模塊，具體如圖1.2所示。圖1.2可編程序控制器結(jié)構(gòu)框圖（1）CPU（中央處理器）：CPU（中央處理器）就像人的心臟一樣，也是PLC的心臟，它的功能是必不可少的，它的作用就是對(duì)的PLC中所有程序的進(jìn)行控制監(jiān)視等操作。CPU也是有結(jié)構(gòu)的，一般它都是由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成。它可以采取數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等的方式，對(duì)PLC的存儲(chǔ)器、輸入接口/輸出接口等進(jìn)行電路連接。（2）存儲(chǔ)器：一般在可編程序控制器中，基本上都會(huì)分成以下兩種類型的存儲(chǔ)器，PLC的存儲(chǔ)器可以分為5個(gè)區(qū)域,如圖1.3所示。第一種類型就是只讀類型的存儲(chǔ)器，在常見的PLC中程序存儲(chǔ)器只屬于只讀類型的存儲(chǔ)器，而且只讀存儲(chǔ)器的功能只是用來存放系統(tǒng)程序，當(dāng)PLC在運(yùn)行中斷電之后，在上電，PLC的程序存儲(chǔ)器中的內(nèi)容不變，而且上電之后還可以重新執(zhí)行。只讀存儲(chǔ)器還有別的作用，比如可以用來固化使用用戶的程序和重要參數(shù)，以防人為的操作失誤讓程序和數(shù)據(jù)受到破壞或者丟失。只讀存儲(chǔ)器類型具體有EPROM和EEPROM。第二種類型就是可讀/寫的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM。在PLC中的隨機(jī)存儲(chǔ)器有以下幾種：系統(tǒng)存儲(chǔ)器、I/O存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器，他們都是屬于可讀/寫的。隨機(jī)存儲(chǔ)器的作用雖然也是可以用來存放使用用戶的程序和系統(tǒng)參數(shù)，但是這些只能是暫時(shí)存放。如果PLC正進(jìn)行編程工作時(shí),中央處理器即CPU便從隨機(jī)可讀/寫存儲(chǔ)器RAM中提取編程相關(guān)指令并執(zhí)行。而且在所有程序的執(zhí)行過程中可能產(chǎn)生的結(jié)果可以暫時(shí)存放在RAM存儲(chǔ)器中。一般的可讀/寫存儲(chǔ)器RAM是由CMOS型的集成電路構(gòu)成，而且CMOS型的集成電路的功耗小，但是一般PLC突然斷電，可讀/寫存儲(chǔ)器的暫存的內(nèi)容也會(huì)突然消失,所以一般都會(huì)使用大電容或者后備的電池來保證斷電后PLC還可以正常運(yùn)行一段時(shí)間，為了保證內(nèi)容和數(shù)據(jù)可以在一定時(shí)間內(nèi)不消失。圖1.3存儲(chǔ)器的區(qū)域劃分圖（3）輸入模塊/輸出模塊：輸入和輸出模塊都是PLC與現(xiàn)在的工業(yè)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程中連接的重要接口。而且是PLC最重要組成部分，是必不可少的，PLC一般的輸入信號(hào)或者輸出信號(hào)都要么是開關(guān)量要么就是模擬量。PLC的輸入模塊主要作用就是用來接收外部電氣設(shè)備的輸入信號(hào)的，一般輸入信號(hào)要么開關(guān)量，要么模擬量。當(dāng)PLC的輸入端接收電氣設(shè)備的信號(hào)是開關(guān)量時(shí)，輸入端的信號(hào)一般都是以下的電氣元件，比如限位開關(guān)、按鈕開關(guān)、光電開關(guān)、行程開關(guān)和壓力繼電器等等。當(dāng)PLC的輸入端接收的電氣元件的信號(hào)是模擬量時(shí)，一般PLC的輸入端的信號(hào)可以是從以下設(shè)備傳輸?shù)模嚎諝鉂穸葌鞲衅?、水壓壓力傳感器、流量傳感器、電壓傳感器、電流傳感器、聲控傳感器、震?dòng)傳感器、加速度傳感器，形變傳感器等等。PLC的輸出模塊是根據(jù)其輸入模塊采集的外部的帶你電氣信號(hào)，以及內(nèi)部存儲(chǔ)器進(jìn)行的邏輯運(yùn)算編程的邏輯處理，處理后的結(jié)果。而且PLC的輸出模塊主要有以下的三種類型。第一種類型就是：繼電器型輸出，這種類型輸出模塊的PLC的輸出端子一般都是采用類似繼電器觸點(diǎn)開關(guān)，一般繼電器線圈得電，常開觸點(diǎn)閉合時(shí)則是輸出為NO，常閉觸點(diǎn)斷開時(shí)則是輸出OFF，最主要的是繼電器的觸點(diǎn)一般都沒有極性，則輸出端的負(fù)載一般既可以使用交流電(AC100~240)，也可以使用直流電(DC30V以下)。第二種就是晶體管型輸出，PLC內(nèi)置輸出模塊就是使用的晶體管，當(dāng)晶體管被導(dǎo)通時(shí)，則輸是出一個(gè)高電平（即1），當(dāng)晶體管被截止時(shí)，則輸出一個(gè)低電平（即0），因?yàn)榫w管本身就有極性，所以一般輸出端的負(fù)載電源只使用是直接電(DC5~30V)。最后一種類型就是晶閘管型輸出，PLC內(nèi)置使用的是雙向晶閘管(即是可控硅)，當(dāng)晶閘管被導(dǎo)通時(shí)則輸出為一個(gè)高電平（即1），晶閘管被截止時(shí)，則輸出一個(gè)低電平（即0），最主要晶閘管它沒有極性，所以輸出端的負(fù)載電源只能為交流電(AC100~240V)。

第二章數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1數(shù)控加工中心的組成結(jié)構(gòu)數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)主要有六個(gè)電機(jī)和相關(guān)配件組成，六個(gè)電機(jī)分別是主軸旋轉(zhuǎn)電機(jī)、刀具冷卻電機(jī)、刀庫換刀電機(jī)、加工X軸進(jìn)給電機(jī)、加工Y軸進(jìn)給電機(jī)和主軸Z軸進(jìn)給電機(jī)。數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)主要由可編程控制器PLC精準(zhǔn)控制刀具，將木板材料加工成所需要的三角形，本系統(tǒng)對(duì)提高一些零件加工企業(yè)生產(chǎn)，以及管理自動(dòng)化水平都有著很大的幫助,同時(shí)又提高了數(shù)控機(jī)床零件生產(chǎn)效率、機(jī)床的使用壽命和質(zhì)量,從而減少了企業(yè)零件的質(zhì)量的波動(dòng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果圖如圖2.1所示。圖2.1數(shù)控加工中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)架構(gòu)示意圖2.2數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)的硬件選擇數(shù)控加工中心的控制系統(tǒng)需要更加精準(zhǔn)、快速、高效的工藝要求，以及更加精準(zhǔn)的、穩(wěn)定的控制方式，而為工業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)的PLC的能力非常符合本次系統(tǒng)，所以專門選它作為整個(gè)數(shù)控加工中心系統(tǒng)的主要控制單元。由于PLC在運(yùn)動(dòng)控制方面有著很高的天賦，所以用來完成整個(gè)數(shù)控加工中心系統(tǒng)的所有設(shè)備的控制與運(yùn)行。因?yàn)樗欧姍C(jī)步進(jìn)電機(jī)在速度控制方面和位置控制方面相對(duì)來說都非常精確穩(wěn)定，所以這次我選擇了使用步進(jìn)電機(jī)作為數(shù)控加工中心裝置的Y軸和X軸；為了可以良好的固定加工的零件，我選擇專門設(shè)計(jì)的零件放在氣缸上面。為了防止零件加工時(shí)產(chǎn)生的木屑亂飛，我還特意設(shè)計(jì)了一個(gè)安全門裝置，當(dāng)數(shù)控加工中心準(zhǔn)備對(duì)工件加工時(shí)，安全門裝置自動(dòng)關(guān)閉。定位氣缸開始對(duì)所需加工的零件進(jìn)行加工。當(dāng)工作臺(tái)檢測(cè)到加工工件之后，木材的定位氣缸立即動(dòng)作，加工工件將木材精確定位和固定。隨后數(shù)控加工中心系統(tǒng)開始對(duì)工件進(jìn)行加工。安全門防止切削飛出。數(shù)控加工中心系統(tǒng)準(zhǔn)備開始對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)用它的監(jiān)視的功能，來對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的加工的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。而且為了保護(hù)設(shè)備的安全，我們采用限位開關(guān)作為數(shù)控加工中心的伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的防止極限位保護(hù)裝置，用信號(hào)指示燈展示數(shù)控加工中心的運(yùn)行到什么階段。2.3數(shù)控加工中心硬件型號(hào)的選擇2.3.1步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的選擇步進(jìn)電機(jī)本來就是因?yàn)槠胀姍C(jī)不能精確控制，而被人發(fā)明并為在工業(yè)領(lǐng)域服務(wù)的一種精度高的開環(huán)控制的電機(jī)。如今，在現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境下，它的地位是不能被人忽略的。步進(jìn)電機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)中的工業(yè)控制環(huán)境中，其應(yīng)用還是較為廣泛的。本系統(tǒng)選擇塞雷電氣技術(shù)有限公司的86CM45型三項(xiàng)六線步進(jìn)電機(jī)。一般86CM45的步進(jìn)電機(jī)的接線端隨有6根不同顏色的電線，一邊都是將紅線和藍(lán)線為同一繞阻；白線和黃線用來作為同一繞阻；銀白線和綠線也是為同一繞阻。在步進(jìn)電機(jī)接線時(shí)，一定要將白線和藍(lán)線短成一相并接入步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的U端；其中也要將黃線和綠線短接并成一相并接在驅(qū)動(dòng)器的V端；最后銀白線和紅線短接成一相并接到W端，如果接線相序搞錯(cuò)了，電機(jī)不會(huì)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的三相接線連接成功，就可以將24V電源接在步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器供電端子上?？梢詫⒉竭M(jìn)驅(qū)動(dòng)器的DIR-和PLS-端子短接一下，并接到0V。要把兩個(gè)2kΩ的電阻分別將DIR+端與PLS+端子，并接到200smart的高數(shù)輸出點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)器的DIR+與PLS+端接受的電流比較小，而且一般很多的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器中都沒有內(nèi)置電阻，所以我們?yōu)榱吮Ｗo(hù)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部線路要在外部接線上給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器安排電阻，降低輸入驅(qū)動(dòng)器的電流。從而使驅(qū)動(dòng)器穩(wěn)定工作。到現(xiàn)在，步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線任務(wù)順利完成。86CM45型步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖如圖2.2所示。用塞雷電氣技術(shù)有限公司的DMA860H做步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。實(shí)物圖如圖2.3所示。圖2.286CM45型步進(jìn)電機(jī)圖2.3DMA860H型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2.3.2伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的選擇因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的任務(wù)就是完成對(duì)工件所需的三角形的繪制，但是這種要求對(duì)電機(jī)的的選擇也是尤為重要，對(duì)此這樣的加工要求和工藝要求都很高很高，對(duì)伺服電機(jī)跟隨系統(tǒng)的工藝要求很高，所以伺服電機(jī)既可以快速的運(yùn)動(dòng)，又可以精確的完成三角形根據(jù)坐標(biāo)的同步定位和運(yùn)行，而且為了接下來的零件加工不因此造不成影響。綜合所有要求考慮，我們選擇了伺服電機(jī)作為數(shù)控加工中心系統(tǒng)的負(fù)責(zé)Y軸電機(jī)。而且伺服電機(jī)是閉環(huán)的，有反饋的功能，所以我們可以根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器反饋的信號(hào)和理論上的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)的路徑校正。所以這次我們決定使用為臺(tái)達(dá)ASDA-B2系列套裝的伺服電機(jī)及伺服驅(qū)動(dòng)器，實(shí)物圖如圖2.4所示。圖2.4臺(tái)達(dá)伺服ASDA-B2系列2.3.3光電開關(guān)的選擇最主要我們對(duì)本系統(tǒng)200smart接線使用的是漏型接法，所以對(duì)光電開關(guān)作型號(hào)選型也是尤為重要。我們選擇使用NPN的光電開關(guān)為數(shù)控加工中心系統(tǒng)輸入信號(hào)的檢測(cè)開關(guān)。主要使用在手動(dòng)調(diào)試設(shè)備時(shí)，來確定系統(tǒng)的伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)在調(diào)試時(shí)的是否可以穩(wěn)定精確的到達(dá)所需點(diǎn)的位置。又因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)都是某些金屬型材組裝的，而且根據(jù)相應(yīng)加工物體都是材質(zhì)，選擇了電感式的光電開關(guān)。2.3.4PLC的選擇對(duì)于PLC的選型，首先我一定要清楚PLC在控制系統(tǒng)地地位，他的作用就像一個(gè)軍隊(duì)的長官一樣，一切資源的調(diào)動(dòng)調(diào)配都是它負(fù)責(zé)。最主要PLC的運(yùn)行能力很重要，它的大小直接決定了系統(tǒng)的運(yùn)行能力的大小。我們要堅(jiān)持綠色生產(chǎn)的原則，首先要多根據(jù)工業(yè)要求慎重考慮，其次就是工藝要求和能力，才可以確定PLC的型號(hào)。根據(jù)控制系統(tǒng)工藝要求，進(jìn)行最合理的選擇，根據(jù)實(shí)際的成本，爭(zhēng)取做到成本便宜，完成系統(tǒng)的所需的功能。這樣才是最有利的選擇。我們?cè)谶x擇過程中，往往根據(jù)現(xiàn)有的成本和工藝要求下決定的。對(duì)于PLC的選型都要根據(jù)下面幾個(gè)方面來考慮。第一方面：一定要確認(rèn)PLC的輸入和輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)能否滿足我們這次制作系統(tǒng)所需要的數(shù)量。第二方面：根據(jù)這次設(shè)計(jì)的工藝需求對(duì)PLC的高數(shù)輸出點(diǎn)有多少需求。第三方面：整個(gè)數(shù)控加工中心系統(tǒng)都有一定的實(shí)用經(jīng)濟(jì)的作用，在能夠滿足真?zhèn)€系統(tǒng)的工藝要求下，盡量節(jié)約成本開支，使數(shù)控加工中心系統(tǒng)更具有實(shí)用經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。綜上所訴，根據(jù)這次我們?cè)O(shè)計(jì)的工藝要求進(jìn)行一系列的方案設(shè)計(jì)，首先在系統(tǒng)的輸入信號(hào)上，通過計(jì)算，系統(tǒng)預(yù)計(jì)使用14個(gè)輸入點(diǎn)，來完成PLC與相應(yīng)的電氣元件的信號(hào)連接，PLC接受電氣元件傳遞過來的信號(hào)來完成這次任務(wù)；其次就是在輸出上，這次系統(tǒng)主要用到了一臺(tái)伺服電機(jī)與一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，至少需4要個(gè)高速輸出點(diǎn)。在電機(jī)所能接受脈沖的輸出前提上，因?yàn)樗欧?qū)動(dòng)器步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置的脈沖接收點(diǎn)是直流電，這就讓PLC的輸出點(diǎn)能接收只能是直流電輸出。經(jīng)過計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，這次系統(tǒng)預(yù)計(jì)使用的輸出點(diǎn)一共需要12個(gè)輸出端。因?yàn)楸敬沃鬏S進(jìn)給電機(jī)是用變頻器來控制，根據(jù)工藝要求方便對(duì)主軸進(jìn)給電機(jī)速度的控制，我們選擇利用模擬量控制變頻器，這就要求PLC有2個(gè)模擬量輸出端。最終，根據(jù)數(shù)控加工中心系統(tǒng)的工藝要求，選擇西門子公司設(shè)計(jì)的S7-200-Smart-ST30、S7-200-Smart-SR40和CPU314C-29N/DP來為數(shù)控加工中心系統(tǒng)的控制單元。S7-200-Smart-ST30、S7-200-Smart-SR40和CPU314C-2PN/DP實(shí)物圖如圖2.4、2.5、2.6所示。圖2.4S7-200smartPLCCPUST30圖2.5S7-200smartPLCCPUSR40圖2.6CPU314C-2PN/DP2.3.5人機(jī)交互設(shè)備的選擇我們系統(tǒng)這次選擇的人機(jī)交互設(shè)備是昆侖通態(tài)的觸摸屏，主要的原因很簡(jiǎn)單，主要因?yàn)楣δ?，可以滿足數(shù)控加工中心系統(tǒng)觸摸屏的作用，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中一切的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，和所需加工工件參數(shù)的顯示，以及實(shí)時(shí)顯示，還能完成就是啟動(dòng)、停止、急停的作用，最主要因?yàn)楸阋?。根?jù)本次控制系統(tǒng)的工藝要求，我們選擇使用TPC7062Ti作為本次系統(tǒng)的人家交互設(shè)備，實(shí)現(xiàn)上述的功能。TPC7062Ti實(shí)物圖如圖2.7所示。圖2.7TPC7062Ti觸摸屏2.3.6定位氣缸的選擇本系統(tǒng)使用的定位氣缸主要是將加工的零件在工作平臺(tái)上進(jìn)行固定。這次主要根據(jù)工件的大小，定位氣缸一定注意它的行程，一定情況下對(duì)定位氣缸的行程其實(shí)要求不高，一個(gè)行程為2000mm的氣缸就足夠用了，又因?yàn)楣ぷ髌脚_(tái)的大小，所以需要?dú)飧妆M量越小，這次系統(tǒng)需要使用輕型缸。所以選擇亞德客三軸氣缸TCMX25S的氣缸作為定位氣缸氣缸。實(shí)物圖如圖2.8所示。圖2.8亞德客三軸氣缸TCMX25S2.3.7指示燈的選擇一般指示燈在一些控制系統(tǒng)中的作用，主要是顯示電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，或者是階段，在現(xiàn)有的市場(chǎng)上，有DC24V和AC220V兩種電壓的指示燈對(duì)客戶進(jìn)行提供，而在我們系統(tǒng)中的電路設(shè)計(jì)方案上，PLC輸出的電壓一般都要經(jīng)過中間繼電器。這樣做的根本作用就是保護(hù)PLC的電壓穩(wěn)定和使用壽命。我們?cè)诒敬蜗到y(tǒng)選用的是AC220V指示燈。其實(shí)物圖如圖2.9所示。圖2.9指示燈結(jié)論第三章數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1編程軟件的介紹STEP7-MicroWINSMART

是德國的西門子股份公司自主的研發(fā)的一款專為S7-200smart系列的PLC程序的開發(fā)的功能非常全面編程軟件，這款軟件可用于用戶對(duì)S7-200smart進(jìn)行程序編寫，他是對(duì)于學(xué)習(xí)S7-200smart系列的程序編寫是不可缺失。在社會(huì)上有一定經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。軟件界面如圖3.1所示。圖3.1STEP7-MicroWINSMART編程軟件3.2控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)按照具體的工作流程和控制要求對(duì)程序進(jìn)行編寫和設(shè)計(jì)。具體的工作流程如下：首先觸摸屏設(shè)置工件加工數(shù)量（加工數(shù)量設(shè)置范圍1～99），加工零件三角形三邊邊長（設(shè)置范圍20~120）單位（毫米），要求系統(tǒng)任意輸入三邊邊長并自動(dòng)分配三角形三邊長（按照a>b>c的順序），如果輸入的三邊邊長可以構(gòu)成三角形，那么觸摸屏的符合指示燈亮。如果輸入的三角形的三邊長不能構(gòu)成三角形，那么不符合指示燈亮，并提示重新輸入三角形邊長。當(dāng)符合指示燈常亮?xí)r，才可以按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕。按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕，則加工指示燈亮，數(shù)控加工中心機(jī)床準(zhǔn)備開始進(jìn)行對(duì)工件進(jìn)行加工，加工成所觸摸屏所輸入的三角形。每次完成對(duì)零件的加工之后，觸摸屏剩余加工工件的數(shù)量自動(dòng)減一。當(dāng)按下循環(huán)停止按鈕之后，數(shù)控加工中心會(huì)加工完當(dāng)前零件之后才止，只到再次循環(huán)啟動(dòng)按鈕。系統(tǒng)才會(huì)繼續(xù)的加工剩余所需要加工的零件。整個(gè)所有加工的過程：當(dāng)工作平臺(tái)檢測(cè)到正方形加工木板材料被系統(tǒng)夾緊之后，由SA2按鈕給出加緊信號(hào)（即橫向檔位為夾緊）后，主軸進(jìn)給電機(jī)（Z軸進(jìn)給電機(jī)M6）以30Hz的速度運(yùn)行到換刀位置并停下。系統(tǒng)準(zhǔn)備換刀，隨后換刀電機(jī)M3開始動(dòng)作，對(duì)應(yīng)的指示燈HL1亮，當(dāng)換到到對(duì)應(yīng)刀具之后，換刀結(jié)束，HL1滅；0.5S后，主軸電機(jī)（即Z軸進(jìn)給電機(jī)M6）開始以40HZ速度運(yùn)行下降L1的位置，再以10HZ低速慢慢下降L2位置到加工件表面，等待1秒之后，X軸的進(jìn)給電機(jī)和Y軸的進(jìn)給電機(jī)同時(shí)按照4mm/s的速度，從原點(diǎn)位置（0，0）運(yùn)行至加工點(diǎn)（10,10）單位為mm，此時(shí)開始準(zhǔn)備加工所需三角形，1S后開始加工三角形的a邊，X軸進(jìn)給電機(jī)以8mm/s的速度向右運(yùn)行，M2冷卻電機(jī)運(yùn)行，達(dá)到所切長度后，冷卻電機(jī)停止，等待兩秒后，開始進(jìn)行加工邊長b，此時(shí)X軸進(jìn)給電機(jī)以8mm/s的速度向左運(yùn)行，Y軸進(jìn)給電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（Y軸速度根據(jù)X軸速度以及Y方向所走長度求出），M2冷卻電機(jī)運(yùn)行，達(dá)到所切長度后，X軸Y軸同時(shí)停止，M2冷卻電機(jī)停止，等待2S后開始加工邊長c，X軸進(jìn)給電機(jī)以8mm/s的速度向左運(yùn)行，Y軸進(jìn)給電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，冷卻電機(jī)運(yùn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)坐標(biāo)（10,10）單位（mm），此時(shí)c邊長加工完畢，XY軸進(jìn)給電機(jī)同時(shí)停止，M2冷卻電機(jī)停止，主軸箱Z軸進(jìn)給電機(jī)以30HZ速度上升，上升到換刀位，主軸箱Z軸進(jìn)給電機(jī)M6停止，XY軸進(jìn)給電機(jī)回到原點(diǎn)C（0,0）此時(shí)，一個(gè)三角形加工完成。當(dāng)下一個(gè)正方形木板裝夾完畢，再次由SA2給出夾緊信號(hào)，換刀+機(jī)構(gòu)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)刀位（信號(hào)由SB1按鈕給出），開始第二個(gè)三角形的加工。當(dāng)所有三角形加工完畢，主軸箱Z軸進(jìn)給電機(jī)M6停止，XY進(jìn)給電機(jī)回到坐標(biāo)原點(diǎn)，加工指示燈熄滅。當(dāng)數(shù)控加工中心系統(tǒng)突然發(fā)生急停事件，緊急按下急停按鈕時(shí)(SA3被切斷)，則系統(tǒng)會(huì)立即停止。待急停事件結(jié)束之后，急?；謴?fù)后，再按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕，則電機(jī)回復(fù)到之前狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)遇到一些其他不正常的情況的處理方式，如果當(dāng)數(shù)控加工中心的X軸的伺服進(jìn)給電機(jī)出現(xiàn)超越行程的行為（即左右的行程位置開關(guān)分別為兩次微動(dòng)開關(guān)SQ1、SQ2）,伺服電機(jī)會(huì)自動(dòng)鎖住，并且報(bào)警，觸摸屏自動(dòng)彈出的緊急報(bào)警彈窗“報(bào)警畫面，設(shè)備越程”，緊急情況處理完畢之后自動(dòng)解除報(bào)警后，則伺服電機(jī)重新回到原點(diǎn)C位置的初始狀態(tài)。如果工作時(shí)間久了，在加工過程中，主軸上的溫度傳感器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)工件溫度，當(dāng)工件表面溫度超過23°C則觸摸屏?xí)?bào)警提示，報(bào)警指示燈會(huì)以1HZ閃亮；當(dāng)工件表面溫度超過28°C，觸摸屏則自動(dòng)彈出畫面“報(bào)警畫面，溫度過高”，此時(shí)所有電機(jī)全部停止。當(dāng)工件的溫度低于23攝氏度時(shí)，再按下循環(huán)啟動(dòng)按鈕，所有電機(jī)恢復(fù)原來的狀態(tài)并繼續(xù)運(yùn)行。3.3數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)程序的組態(tài)與編寫表3.1ST30I/O分配表輸入輸出I0.0編碼器的A相Q0.0伺服脈沖I0.1編碼器的B相Q0.1步進(jìn)方向I0.2啟動(dòng)按鈕Q0.2伺服方向I0.3停止按鈕Q0.3變頻器DI0I0.4復(fù)位按鈕Q0.4變頻器DI1I0.5手/自Q0.7步進(jìn)脈沖I0.6急停按鈕Q1.3啟動(dòng)指示燈HL1I1.0溫控傳感器AM060變頻器AIO+I1.0溫控傳感器AM060M變頻器AIO-表3.1SR40I/O分配表輸入輸出I0.0X軸進(jìn)給電機(jī)上限Q0.0換刀電機(jī)M3正轉(zhuǎn)I0.1X軸進(jìn)給電機(jī)下限Q0.1換刀電機(jī)M3反轉(zhuǎn)I0.2A點(diǎn)Q0.2主軸電機(jī)M1低速I0.3B點(diǎn)Q0.3主軸電機(jī)M1高速I0.4C點(diǎn)Q0.4冷卻電機(jī)M2運(yùn)行I0.5Y軸進(jìn)給電機(jī)上限Q0.5指示燈HL1I0.6Y軸進(jìn)給電機(jī)下限Q0.6指示燈HL2I0.7Y軸進(jìn)給電機(jī)原點(diǎn)Q0.7指示燈HL3Q1.0指示燈HL4Q1.5ST40通訊指示燈本系統(tǒng)需要對(duì)伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行控制運(yùn)行，需要在STEP7-MicroWINSMART軟件工具里設(shè)運(yùn)動(dòng)軸的組態(tài)。運(yùn)動(dòng)控制向?qū)Ч催x電機(jī)組態(tài)的軸0、軸1兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。并且選擇為“工程單位”作為測(cè)量系統(tǒng)，設(shè)置相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)為2000進(jìn)行電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)一圈的直線距離為4.0mm，設(shè)置相應(yīng)伺服電機(jī)脈沖數(shù)為4000進(jìn)行電機(jī)軸設(shè)置，旋轉(zhuǎn)一圈的距離為4.0mm。組態(tài)軸流程如圖3.2所示。（a）(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)圖3.2運(yùn)動(dòng)軸的組態(tài)流程當(dāng)運(yùn)動(dòng)軸組態(tài)完成后，要使軸運(yùn)動(dòng)，就需要在軟件設(shè)好的軸的組態(tài)，然后調(diào)用，創(chuàng)建子例程。必須這樣才可以實(shí)現(xiàn)軸的運(yùn)動(dòng)。本系統(tǒng)所需要?jiǎng)?chuàng)建的子例程如以下所示：AXISx_CTRL子例程像進(jìn)入一個(gè)大屋子的大門，就是進(jìn)入軸控制的門，程序里必須要使用這個(gè)程序，才能控制軸并且是使電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。為了確認(rèn)運(yùn)動(dòng)軸正確的運(yùn)動(dòng)，就要保證在PLC的每個(gè)掃描周期里子例程都能夠被系統(tǒng)調(diào)用到。我們一般再程序的編寫的時(shí)候，需要在此子列程的前面添加SM0.0指令，這樣的話，實(shí)現(xiàn)了PLC每個(gè)掃描周期都可以對(duì)子例程的進(jìn)行調(diào)用。AXISx_GOTO子例程像叫人去指定一個(gè)地方，實(shí)質(zhì)就是命令運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)到用戶的想要位置。我們只設(shè)置對(duì)子例程傳輸位置數(shù)據(jù)，并且在需要運(yùn)動(dòng)的時(shí)候給出執(zhí)行脈沖信號(hào)，就可以到想要的位置。注意子例程在程序的執(zhí)行過程中確保它一直處于調(diào)用的狀態(tài)。AXISx_RSEEK子例程像回家一樣，預(yù)先設(shè)置好原點(diǎn)，然后在順序里設(shè)定好相應(yīng)的搜索方式進(jìn)行搜索原點(diǎn)，當(dāng)啟動(dòng)此子例程之后，軸會(huì)在運(yùn)動(dòng)的過程中自動(dòng)找到一開始用戶設(shè)的原點(diǎn)，找到用戶設(shè)置的位置及時(shí)命令軸停止運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軸利用之前停下來位置作為RP_OFFSET參數(shù)值。主要子例程跟AXISx_GOTO子例程一樣要確保處于調(diào)用的狀態(tài)。AXISx_LDPOS子例程將軸的當(dāng)前位置值進(jìn)行更改并且設(shè)定的新_pos的參數(shù)值，當(dāng)系統(tǒng)給出一個(gè)信號(hào)之后，子例程就會(huì)將當(dāng)前的位置記錄并更新為軸的新位置。運(yùn)動(dòng)軸向?qū)ё永痰恼{(diào)用如圖3.3所示。（a）(b)(c)圖3.3運(yùn)動(dòng)軸子例程的調(diào)用數(shù)控加工中心系統(tǒng)的控制程序要求數(shù)控加工刀具裝置能夠快速、精準(zhǔn)的完成零件的加工。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕被按下時(shí)，需要在觸摸屏上輸入相應(yīng)的三角形邊長和加工數(shù)量，隨后工作平臺(tái)檢測(cè)有無加工工件，如果系統(tǒng)檢測(cè)到有加工工件，那么定位氣缸動(dòng)作，換刀電機(jī)M3開始動(dòng)作，換到相應(yīng)的刀具，對(duì)工件進(jìn)行加工，X軸和Y軸同時(shí)動(dòng)作，工件先加工a邊，到達(dá)C點(diǎn)，隨后在加工b邊，隨后到達(dá)A點(diǎn)，最后在加工c邊，到達(dá)B點(diǎn)（坐標(biāo)原點(diǎn)）之后，主軸z電機(jī)停止運(yùn)行并會(huì)到換刀位，當(dāng)這個(gè)零件加工完之后，觸摸屏剩余加工零件數(shù)減一。然后進(jìn)行下一個(gè)零件上料，至此一個(gè)周期結(jié)束。裝置開始循環(huán)運(yùn)動(dòng)。第四章數(shù)控加工中心控制、監(jiān)視、報(bào)警界面的設(shè)計(jì)4.1觸摸屏的選擇和所用軟件的介紹這次根據(jù)此系統(tǒng)的工藝要求考慮，這次系統(tǒng)我們選擇昆侖通態(tài)的TPC7062Ti來作為這次人機(jī)交互界面。一般昆侖通態(tài)的觸摸屏都是由MCGS進(jìn)行編程和控制的，它由北京昆侖通態(tài)公司自主開發(fā)的一種可以快速構(gòu)造相應(yīng)屏幕和對(duì)上位機(jī)監(jiān)控的組態(tài)軟件，它的主要作用就是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控、系統(tǒng)部分?jǐn)?shù)據(jù)的處理與控制。4.2數(shù)控加工中心的控制、監(jiān)視、報(bào)警界面所要實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)1.觸摸屏的監(jiān)控畫面具有各個(gè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指示燈可以實(shí)時(shí)顯示2.觸摸屏畫面顯示三個(gè)加工軸的實(shí)時(shí)坐標(biāo)；3.觸摸屏也具有啟動(dòng)、停止、急停按鈕，并能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置的功能；4.觸摸屏能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控并顯示報(bào)警信息。4.3數(shù)控加工中心的控制、監(jiān)視、報(bào)警界面的設(shè)計(jì)首先，在本次系統(tǒng)設(shè)置觸摸屏，是用以太網(wǎng)對(duì)PLC進(jìn)行通信的連接，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)設(shè)備的雙向的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)視系統(tǒng)對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。如圖4.1所示為設(shè)備組態(tài)。圖4.1設(shè)備組態(tài)數(shù)控加工中心的監(jiān)視、控制界面設(shè)計(jì)包含有所有電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指示燈顯示區(qū)、軸實(shí)時(shí)坐標(biāo)顯示區(qū)、工件數(shù)量顯示區(qū)，三角形邊長輸入?yún)^(qū)等。電機(jī)指示燈顯示區(qū)主要的作用就是現(xiàn)實(shí)各個(gè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。綠色表示停止?fàn)顟B(tài)，紅色表示運(yùn)行狀態(tài)。工件數(shù)量顯示區(qū)主要用來顯示需要加工的零件數(shù)量和剩余加工的數(shù)量。三角形邊長輸入?yún)^(qū)來控制零件加工的樣子。數(shù)控加工中心監(jiān)視、控制界面設(shè)計(jì)如圖4.2所示。圖4.2數(shù)控加工中心的監(jiān)視、控制界面要想讓觸摸屏與PLC之間互通數(shù)據(jù)，達(dá)成控制與監(jiān)控電氣設(shè)備的作用。必須在軟件中設(shè)置關(guān)聯(lián)的變量，這樣才能達(dá)到控制與監(jiān)控的操作。如圖4.3所示為數(shù)控加工中心系統(tǒng)需要關(guān)聯(lián)的連接變量。圖4.3連接變量結(jié)論隨著時(shí)間的流逝，我們迎來了畢業(yè)季，也終于迎來了最頭痛的時(shí)候。在收到設(shè)計(jì)畢業(yè)論文的通知的時(shí)候，我懵了很久，感覺大學(xué)三年的時(shí)間一閃而過，感覺還沒怎么將知識(shí)學(xué)完結(jié)束了，就要收拾好東西，準(zhǔn)備向人生下一站出發(fā)了。在準(zhǔn)備論文的選題的時(shí)候，這讓我琢磨了一段時(shí)間，不曉得選什么題目。經(jīng)過了很多很多天的考慮，我終于確認(rèn)了我的題目——基于PLC的數(shù)控加工中心系統(tǒng)，畢竟有了目的就有了動(dòng)力。有了題目之后，我準(zhǔn)備琢磨如何設(shè)計(jì)好一篇優(yōu)秀的論文，一開始我也很迷茫，畢竟萬事開頭難，一開始我真的不知道從來那各方面開始寫。直到看到我們的指導(dǎo)老師發(fā)了一張的模板，我覺得一時(shí)突然有了希望，有了方向，慢慢的腦海里有了思路，有了這個(gè)模板我的思路一下子就很明了了，如何寫論文，首先一定要有方案，其實(shí)就是目錄了，一個(gè)好的目錄就可以解決論文該怎么寫，寫完開題報(bào)告之后，我們就全力去寫論文了，我根據(jù)了我這次設(shè)計(jì)的裝置，將它的控制流程全部寫在了一個(gè)資料里，還有這個(gè)裝置的可能用到的一些電氣設(shè)備等等，如果在設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果我遇到不會(huì)的我都會(huì)馬納曼的請(qǐng)教別人，其實(shí)在這次設(shè)計(jì)的時(shí)候，我挺糾結(jié)在裝置中一些電氣元件的選型，畢竟我也快畢業(yè)了，畢業(yè)設(shè)計(jì)也相當(dāng)于一個(gè)我們自己一個(gè)的小裝置，對(duì)于在元器件的選型上，我們也要向企業(yè)靠齊，要堅(jiān)持綠色生產(chǎn)的原則，對(duì)于現(xiàn)在已有的資源，我們要盡力去挑選在系統(tǒng)可以控制的過程中，挑選可以實(shí)現(xiàn)本次裝置功能的設(shè)備，而且要經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，節(jié)約成本。畢業(yè)設(shè)計(jì)，是我在大學(xué)最后的一件任務(wù)，這個(gè)任務(wù)也是我是耗時(shí)最多的，遇到的困難最多，同時(shí)也是收獲最大的的一次任務(wù)。每次坐在電腦前準(zhǔn)備著自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)，看著左下角的時(shí)間，屬實(shí)慘不忍睹，每次一坐都是一整天，電腦上到處放的文件，雖然很亂，但是對(duì)我來說，這是一種成就，一想起，一開始編程的時(shí)候磕磕絆絆，沒有思路，到現(xiàn)在的一套完整的程序，從無處下手的電氣原理圖，變成了一幅幅完成的電氣原理圖。讓我有了一種成就感。這是我大學(xué)最后生涯的成果。這次最后的任務(wù)讓我感悟頗多。通過指導(dǎo)老師一次次提出的錨地和修改建議，經(jīng)過了無數(shù)次的修改，還有在做畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的重重困難，讓我明白了大學(xué)三年的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)的不夠，而且還沒學(xué)到精通熟練。讓我意識(shí)到差距還是很大。就是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的最后一次大學(xué)任務(wù)，它缺讓自己心態(tài)波動(dòng)了好多次。而且還讓我受到了很大打擊的，但是收獲也是大的，讓意識(shí)到自己CAD軟件的應(yīng)有的不足，以